Способ энергетического разделения сжатого газа Советский патент 1990 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к вихревому энергоразделению, и может найти применение при создании холодильно-нагревательных установок.

Цель изобретения - повышение адиабатного КПД и расширение пределов регулирования разделения.

На фиг. 1 показана вихревая труба, работающая по предложенному способу; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Вихревая труба содержит камеру 1 энергетического разделения, соединенную одним концом с корпусом 2, а другим - с дросселем 3. В противоположном от камеры энергетического разделения торце корпуса 2 установлена диафрагма 4 с центральным отверстием 5, в боковую поверхность корпуса 2 вставлен завихритель 6 с сопловым вводом в виде осесимметричного канала, тангенциально подсоединенного к внутренней цилиндрической поверхности корпуса 2.

К концу-соплового ввода зави.хрителя 6. удаленному от корпуса 2. прикреплен входной патрубок 7 так, что его внутренний канал 8 расположен касательно к внутренней полости 9 соплового ввода 2. Входной патрубок 7 снабжен штуцером 10, подсоединенным к источнику сжатого газа.

Вихревая труба работает следующим образом.

Сжатый газ из магистрали подается через патрубок 7 внутрь соплового ввода за- вихрителя 6 в виде предварительно закрученного потока (первая ступень закрутки). Пройдя завихритель 6, газ вновь закручивается (вторая ступень закрутки) так. что предварительная закрутка происходит в плоскости, перпендикулярной основной закрутке. Направление окружной составляющей на первой ступени закрутки выбирают аналогичным или противоположным осевой составляющей холодного потока для регулирования процесса разделения.

сл

GO

4

Закрученный в двух плоскостях поток, выходя из соплового ввода завихрителя 6, через корпус 2 поступает внутрь камеры 1 энергетического разделения в виде потока с интенсивной турбулизацией. Перемещаясь вдоль камеры 1 энергоразделения от соплового ввода завихрителя 6 к дросселю 3, вихревой поток постепенно теряет свою закрутку, что приводит к росту давления у приосевых слоев газа и к появлению градиента давления, под воздействием которого приосевые массы газа начинают перемещаться от дросселя 3 к диафрагме 4 и вытекают из ее центрального отверстия 5 в виде охлажденного потока. Расположенные у периферии элементы вращающегося газа покидают вихревую трубу через отверстие в дросселе 3 в виде подогретого потока

В связи с тем, что при этом вращении крупномасштабных вихрей имеет место перенос субстанции в поле с радиальным градиентом давления, создаются условия для интенсивности энергообмена за счет увеличения массы рабочего тела, колеблющейся в микрохолодильных циклах, и роста перепада срабатываемого в них давления Следовательно, при постоянном градиенте давления в данном поперечном сечении потока эффективность микрохолодильных циклов тем выше, чем больше Д радиальное перемещение в теле переносимого вещества и чем больше его количество. Очевидно, что существенный вклад в энергоразделение вносят спиралевидные жгуты и вращающиеся в них в поперечном направлении крупномасштабные вихри

Такие вихри и вихревые жгуты образуются в слое смещения при наличии сдвигового течения - неравномерности осевой составляющей скорости в поперечном направлении. В вихревом энергоразделителе имеет место именно сдвиговое течение с четко определяемой границей - поверхность раздела периферийного квазипотенциального вихря и приосевого вынужденного, перемещающихся в противоположных направлениях. При подаче на вход в сопловой ввод - завихритель вихревого энергораз0 делителя предварительно закрученный поток сжатого газа в сопловом сечении создает условия, благоприятствующие возникновению крупномасштабных вихрей. Это приводит к увеличению их размеров и перено- симой в них массы, что при сохранении градиента давления вызывает повышение эффективности процесса энергоразделения, т. е. увеличению адиабатного КПД.

0

5

0

Формула изобретения

1 Способ энергетического разделения сжатого газа путем его двухступенчатой закрутки и последующего вихревого расслоения на холодный и горячий потоки, отличающийся тем, что, с целью повышения адиабатного КПД, первую ступень закрутки осуществляют в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения потока второй ступени.

2. Способ по п 1, отличающийся тем, что, с целью расширения пределов регулирования разделения, направление окружной составляющей скорости на первой ступени закрутки выбирают противоположным направлению осевой составляющей холодного потока.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к вихревому энергоразделению, и может найти применение при создании холодильно-нагревательных установок. Повышение адиабатного КПД достигается тем, что при двухступенчатой закрутке газа (первая ступень перед патрубком 7, вторая ступень в завихрителе 6) первую ступень закрутки осуществляют в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения потока второй ступени, при этом для расширения пределов регулирования направление окружной составляющей скорости на первой ступени закрутки выбирают противоположным направлению осевой составляющей холодного потока, выводимого через центральное отверстие 5. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

6г,Р/Т

т Я

R О Т , 1

Фиг.1

5-6